Question

5．我國是個鋼鐵大國，鋼鐵產(chǎn)量為世界第一，高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法．
I．已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g），△H=-566kJ•mol^-1
2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═Fe₂O₃（s），△H=-825.5kJ•mol^-1
反應：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），△H=-23.5 kJ•mol^-1．
Ⅱ．反應 $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）在1000℃的平衡常數(shù)等于4．在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應經(jīng)過l0min后達到平衡．
（1）CO的平衡轉化率=60%．
（2）欲提高CO的平衡轉化率，促進Fe₂O₃的轉化，可采取的措施是d．
a．提高反應溫度   b．增大反應體系的壓強  c．選取合適的催化劑  d．及時吸收或移出部分CO₂    e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸
Ⅲ．高爐煉鐵產(chǎn)生的廢氣中的CO可進行回收，使其在一定條件下和H₂反應制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．請根據(jù)圖示回答下列問題：
（1）從反應開始到平衡，用H₂濃度變化表示平均反應速率v（H₂）=0.15mol/（L•min）．
（2）若在溫度和容器相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，測得反應達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如表：
則下列關系正確的是ADE．

容器	反應物投入的量	反應物的 轉化率	CH3OH的濃度	能量變化 （Q1、Q2、Q3均大于0）
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ熱量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ熱量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ熱量

A c₁=c₂B.2Q₁=Q₃      C.2α₁=α₃     D．α₁+α₂=1
E．該反應若生成1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q_2））kJ熱量
（3）若在一體積可變的密閉容器中充入l molCO、2molH₂和1molCH₃OH，達到平衡時測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應向正（填“正”、“逆”）反應方向移動．
（4）甲醇可與氧氣構成燃料電池，該電池用多孔的惰性電極浸入濃氫氧化鉀溶液，寫出該電池的負極反應式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 I．已知：①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g），△H=-566kJ•mol^-1
②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═Fe₂O₃（s），△H=-825.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{3}{2}$-①可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），焓變也進行相應計算；
Ⅱ．（1）令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，表示出平衡時CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學計量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算n的值，進而計算CO的濃度變化量，再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
（2）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據(jù)平衡移動原理分析；
Ⅲ．（1）根據(jù)圖象中甲醇濃度變化量求出氫氣的濃度變化量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算氫氣的反應速率；
（2）甲與乙為完全等效平衡，平衡時對應各組分的濃度、物質(zhì)的量、含量相等，根據(jù)轉化率表示甲、乙中CO的物質(zhì)的量，根據(jù)CO物質(zhì)的量相等判斷α₁、α₂；
令平衡時CO的物質(zhì)的量為nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應熱△H=-QkJ/mol，表示出平衡時甲、乙容器中熱量Q₁、Q₂，據(jù)此計算判斷；
丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲；
（3）到平衡時測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，說明氣體體積減小，反應正向進行；
（4）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水．

解答 解：I．已知：①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g），△H=-566kJ•mol^-1
②2Fe（s）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═Fe₂O₃（s），△H=-825.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{3}{2}$-①可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），則△H=（-566kJ•mol^-1）×$\frac{3}{2}$-（-825.5kJ•mol^-1）=-23.5kJ•mol^-1，
故答案為：-23.5；
Ⅱ．（1）令平衡時CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：
  $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                1
變化（mol）：n                n
平衡（mol）：1-n              n+1
所以$\frac{n+1}{1-n}$=4，解得n=0.6，則CO的平衡轉化率為$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
（2）a．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故a錯誤；
b．反應前后氣體的物質(zhì)的量不變，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故b錯誤；
c．加入合適的催化劑，平衡不移動，故c錯誤；
d．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故d正確；
e．粉碎礦石，使其與平衡混合氣體充分接觸，平衡不移動，故e錯誤；
故答案為：d；
Ⅲ．（1）由圖可知，達到平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，則△c（H₂）=2×0.75mol/L=1.5mol/L，v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{10min}$=0.15mol/（L•min），
故答案為：0.15mol/（L•min）；
（2）A．甲、乙是完全等效平衡，平衡時各組分的濃度相等，所以平衡時甲醇的濃度c₁=c₂，故A正確；
B．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，丙中參加反應的CO大于甲中的2倍，故2Q₁＜Q₃，故B錯誤；
C．丙與甲相比，等效為在甲平衡的基礎上再加入1mol CO和2mol H₂，壓強增大，平衡向正反應方向移動，丙中反應物的轉化率大于甲，故α₁＜α₃ ，但2α₁≠α₃，故C錯誤；
D．甲與乙是完全等效平衡，平衡時對應各組分的含量完全相同，CO的轉化率為α₁，則平衡時CO的物質(zhì)的量為（1-α₁）mol，乙中平衡時甲醇的轉化率為α₂，乙中平衡時CO的物質(zhì)的量為α₂mol，故（1-α₁）=α₂，整理得α₁+α₂=1，故D正確；
E．令平衡時CO的物質(zhì)的量為nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應熱△H=-QkJ/mol，則Q₁=（1-n）Q、Q₂=nQ，整理得Q=Q₁+Q₂，故1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q₂）kJ熱量，故E正確，
故答案為：ADE；
（3）到平衡吋測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，說明氣體體積減小，反應正向進行，
故答案為：正；
（4）原電池負極發(fā)生氧化反應，合成在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負極電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題綜合考查了化學平衡計算、等效平衡、電化學知識等，Ⅱ中等效平衡的計算，為該題的難點，也是易錯點，注意理解等效平衡問題，題目思維量大，對學生的心理素質(zhì)有很高的要求，難度很大．